LNG船壓載水管路的優化布置與應用

唐鈺明，陸丹賢，王海銀

（滬東中華造船集團有限公司，上海 200129）

LNG船壓載水管路的優化布置與應用

唐鈺明，陸丹賢，王海銀

（滬東中華造船集團有限公司，上海 200129）

隨著造船技術的發展，對于一些高新船舶，尤其是LNG船，海水對壓載管路提出了更高的要求，同時在管路的布置上也產生了更多的限制。針對LNG船壓載水排舷外管路及涂塑要求進行了闡述和分析，優化船舶壓載水處理裝置的管路布置，形成一套高效、節約且滿足趨勢要求的壓載水管路布置方法。

壓載管路；優化；涂塑（聚乙烯）

0 引言

船舶壓載水系統主要由壓載水泵、壓載水管路、壓載水艙及有關閥件組成，系統的作用是：根據船舶營運的需要，對全船壓載艙進行注入和排放，以達到調整船舶的吃水和船體縱、橫向的平穩及安全的穩心高度；減少船體變形，以免引起過大的彎曲力矩與剪刀力，降低船體振動；改善空艙適航性。

對船舶進行壓載的最初目的是保證船舶安全和穩性，隨著造船技術的發展，海水作為最方便的載體成為船舶習慣的壓載物。近年來，隨著人們對海洋環境保護意識的提高，船舶壓載水的加裝排放所引起的相關環境問題，特別是有害水生物和病原體轉移造成的危害，引起了社會各層面的廣泛關注。壓載水處理技術的產業化不僅是保護海洋生態環境的迫切需要，而且對提高國產船舶關鍵設備裝船率、提高航運業和造修船業核心競爭力具有重要意義。同時，對海軍自主裝備建設也有十分重大意義。

對現代運輸而言，壓載水處理裝置是必須的，它可以保證船舶的安全和高效操作，保證未載貨船的平衡和穩定。然而，它也給生態環境，經濟和人類健康造成了巨大的威脅。據估計，每天數以萬計的海洋生物通過壓載水艙被帶往世界各地。IMO把通過船舶壓載水帶來的海洋物種入侵列為四個最具威脅的海洋問題之一。我國沿海南北航線船舶運輸航程短、壓載水排放頻繁、裝貨速度快，雙層底艙壓載水排放速度直接影響停泊的時間。

文章針對LNG船壓載水排舷外管路及涂塑進行分析和優化，形成了一套可供其他船型借鑒的設計思路和管路布置方案。

1 分析與優化對比

1.1 DN600和DN350的壓載管單獨排舷外所體現的問題

壓載水處理系統的排舷外管路通徑比較大（DN150/350/600等尺寸），數量比較多，特別是排舷外的DN600和DN350的管路，它還需要接2個QAA2525V、QAA2526V的進口遙控海水蝶閥，且是需要涂塑（聚乙烯）的管路，涂塑管路有特殊要求，這對于原本就擁擠的機艙底層就更加負重了，對于后續的吊裝、維修更加不便（圖1）。注意，圖1僅顯示了左舷的管路原理，右舷為對稱布置，修改方式、內容一致。

圖1 管系原理圖修改前

因此，可依據流速計算公式和壓力壓降的經驗公式，在不改變流速和壓力的情況下，提出合并管路的方案，可以減少管路閥件，節約管材和艙室空間。具體公式如下：

式中：P、ρ、v分別為流體的壓強、密度、速度；h為鉛重高度；g為重力加速度；c為常量。

式中：n為管道粗糙系數；R為水力半徑；I為水力坡度。

1.2 優化壓載水處理系統排舷外管路布置

經船東、船檢及壓載水處理廠家多方確認后，在保證設備及閥件正常運行的前提下、保證排舷外管路正常應力流速區間情況下，將排舷外其中一路DN350的管路合并到DN600的管路上，因為它同樣都是排舷外功能，所以對于原理的一致性并不影響。具體措施[1]如下：1）取消其中一路DN350排舷外的壓載管；2）取消進口遙控海水蝶閥QAA2525V和QAA2526V；3）依據公式對優化后的流速與壓力進行理論計算。根據上述步驟，對原有管系原理圖進行修改，得到優化后的結果如圖2所示。圖2僅顯示了左舷的管路原理，右舷為對稱布置，修改方式、內容一致。

圖2 管系原理圖修改后

1.3 三維模型下的排舷外管路

船舶壓載水系統能夠將全船各壓載艙的壓載水駁進、駁出或相互調駁。舷外海水靠壓差自動流入壓載水艙。壓載水處理系統就是對船舶排放海里的壓載水進行處理的裝置。圖3所示的QAA2541V就是用于控制壓載水排舷外的遙控蝶閥，其中取消的一路DN350的壓載管直接在DN600上開支管，無需另外穿過擁擠的機艙舷旁的管路，而靠QAA2541V也有足夠的壓力排舷外了。

因LNG船的特殊性，LNG船是世界公認的高技術、高附加值、高可靠性要求的三高船，為保證造船使用長壽命要求的特殊液貨系統。所有的機艙壓載管都需要涂塑（聚乙烯），如此狹窄的機艙舷旁無法再容納需涂塑的壓載管了，因為目前國內技術的限制，壓載管的涂塑有特殊要求[2]。

圖3 合并后的三維模型圖（左舷）

1.4 優化后所體現的優勢

優化后，在人力、財力、物力三個重要生產資源上都得到了極大的解決，主要體現在以下3個方面：

1）舷旁開孔數量由原來的6只減少為2只，現場工人的船體開孔工作量得到銳減，同時也增強了船體結構的強度。

2）由于機艙舷旁空間有限，設備眾多體積又大，管路布置復雜，取消一路DN350的壓載管，可以預留更多的空間用于設備維修、閥件布置，同時重要的是節約了不少的管路。

3）節省兩只DN350的進口遙控海水蝶閥QAA2525V和QAA2526V。

LNG一系列船合計節約成本可達六十多萬人民幣。

2 壓載水處理系統管路的涂塑要求

涂塑鋼管具有良好的耐腐蝕性，使用壽命長，在制作過程中有特殊要求，根據聚乙烯（PE）涂塑鋼管設計、制造和安裝指南，對所需要的涂塑管嚴格按照廠家提供的要求進行修改，因為現在國內的制作技術有限，無法達到自然涂塑的模板，需按圖4的要求來設計和更改壓載管路[3]。

整個機艙部分需涂塑的管路就達1021根，而其中壓載管就有390根，占全船涂塑管的38%。由于條件受限制，管路的設計必須要考慮周全，既要滿足涂塑要求，又要達到管路的流速標準。另外，考慮到涂塑曾自由端有可能產生收縮情況，在管路的設計過程中要盡量采用法蘭連接形式。如因設計需要保留管子自由端，則需要在自由端預留一定的折返尺寸。在最大限度滿足廠家要求的情況下，做到不多增加一路管路、一對法蘭，現今的造船形式低靡，要從源頭抓起，從自身做起，節約成本，為公司增加效益。

圖4 涂塑（聚乙烯）鋼管加工尺寸表

3 成果及總結

根據壓載水管路的總體布置和設備參數的要求，對壓載水處理裝置各項指標進行檢查。在保證設備正常運行的情況下，將排舷外兩路管路進行合并，直接在DN600的管路上開支管，這樣即可以改善擁擠的機艙空間，又節省了不少的壓載大通徑的管路，同時還可以減少左右各一只DN350的進口遙控海水蝶閥QAA2525V、QAA2526V，另外也減少了舷旁船體開孔，省去了大量的人力、物力。在壓載水處理裝置的優化過程中，得到了船東、船檢及廠家的一致好評。

[1] 中國船級社. 鋼質海船入級規范[S]. 2012.

[2] 唐玨明. H&Z541009-2003, 艙底壓載消防管系設計規范[Z]. 2003.

[3] 李忠保. H&Z562001-2007, 船用涂塑鋼管預制件加工技術條件[Z]. 2007.

Optimization and Application of LNG Ship Ballast Water Line

Tang Yu-ming, Lu Dan-xian, Wang Hai-yin

(Hudong Zhonghua Shipbuilding Group Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

With the development of shipbuilding technology, for some new ships, especially the LNG boat, sea water has higher requirements for ballast pipe, but also more restrictions on pipeline layout. For the LNG ship, requirements are described and analyzed in ballast water overboard discharge pipe and plastic pipe layout, ship ballast water treatment device is optimized, thus it forms an ballast water pipeline layout method, which is efficient, energy saving and according with the trends.

ballast pipe; optimizing; plastic (polyethylene)

U662.2

A

1005-7560 (2014) 05-0025-03

唐鈺明（1969-），男，高級工程師，主要從事船舶管系設計。